曾小飚 黄开腾 唐鑫 陆全杰

摘要：利用沙培盆栽试验培育向日葵幼苗，用含不同浓度As3+的霍格兰营养液对幼苗进行胁迫处理，研究砷胁迫对向日葵幼苗生长的影响。结果表明：随着砷胁迫浓度的不断升高，向日葵幼苗叶片叶绿素含量呈现先下降后上升的趋势，而根系活力则呈现先升高后下降的趋势;较高浓度的砷胁迫使植株较早萎蔫死亡。

关键词：砷胁迫;向日葵;叶绿素;根系活力

中图分类号 X503.23; S565.5 文献标识码 A 文章编号1007-7731（2020）16-0028-03

近年来，含重金属的工业污水大量排放引发了严重的环境问题。在大自然的自我修复循环过程中，土壤中的重金属污染物不能被自然降解而消除，只能从A形态转变到B形态，从一个地方转移到另一个地方。目前，我国土壤重金属污染情况不容乐观，开展专项治理改良重金属污染土壤工作，保护生态系统、保障食品卫生安全已刻不容缓。砷（As）属于类金属。当生物体食入微量砷时，可促进机体新陈代谢，但当每昼夜食入量>0.1mg时，就会对机体产生不良影响，严重者甚至会有生命危险。植物修复也称为绿色修复，是美国Chaney等在1983年提出的，是指通过植物滤除、植物稳定、植物挥发和植物提取等技术，去除环境中的污染物或减轻其危害性的一种环境污染治理技术[1-2]。与其他方法相比，植物修复具有成本低、污染少、操作简便、不破坏土壤本身结构等优点，因此利用植物修复技术治理重金属污染已成为当前研究的热点[3]。向日葵（Helianthus annuus）生长速度快，在重金属污染土壤中的耐受性较强[4]，推测有较强的吸收净化能力，有可能成为修复污染土壤的植物之一。笔者通过模拟砷污染逆境，探讨砷污染对向日葵幼苗生长的影响，以期为开展向日葵修复重金属污染土壤的相关研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 試验材料 金星1号向日葵种子在百色市城西种子店购买。

1.2 试验方法 挑选个大粒满的向日葵种子，用蒸馏水冲洗干净，1%的高锰酸钾溶液浸泡消毒1h，流水冲洗后置于培养箱萌发。幼苗在含砂石的培养杯中培育，用改良的霍格兰培养液浇灌，室内自然环境下生长。培育21d后挑选长势基本一致的幼苗均分成6组，分别用As3+含量为0（对照）、1、2、5、20、40mg/L的霍格兰培养液进行胁迫处理;3次重复，8d后剪取叶片测定叶绿素含量，取根系测定根系活力。叶绿素含量采用分光光度法测定[5]，根系活力采用TTC法测定[6]。

2 结果与分析

2.1 不同浓度砷胁迫对向日葵生长的影响 向日葵幼苗在As3+浓度为1mg/L的培养液下生长，第4天开始叶色稍微变淡，但是植株茎杆与对照相比显得更加粗壮，总体表现生命力旺盛;As3+浓度为2 mg/L的处理植株从第3天开始，部分叶子绿中带黄，与对照相比，茎杆柔弱，植株较矮;当胁迫浓度达到5mg/L时，植株茎杆更为柔弱，第4天开始茎杆出现微微弯曲，而叶色却比低浓度下生长的植株翠绿;As3+浓度为20mg/L的处理向日葵幼苗第2天即出现萎蔫现象，第3天根部开始出现褐色枯萎现象，第4天植株死亡;当As3+浓度为40mg/L时，向日葵幼苗4h后叶子即出现萎蔫现象，次日根部开始出现褐色枯萎现象，第3天植株死亡。由于高浓度的砷胁迫使植株较早萎蔫死亡，导致后续试验中无法测定2组幼苗相应的生理指标。

2.2 不同浓度砷胁迫对向日葵叶片叶绿素含量的影响作为植物光合作用的重要色素，叶绿素的含量高一定程度上表示植物光合作用强，植物体生长旺盛;含量低则反映植物体光合作用能力弱，植物生长发育缓慢。图1表示向日葵叶片中的总叶绿素含量在不同浓度砷胁迫处理下的变化情况。由图1可知，随着不断增大胁迫液里As3+浓度，向日葵幼苗体内总叶绿素含量的变化趋势为先降低后上升。As3+浓度在0～2mg/L时，总叶绿素含量呈下降趋势，且当As3+浓度在2mg/L时含量降到最低值，比对照减少51.56%; As3+浓度为1mg/L时，向日葵叶片中的叶绿素含量比对照减少27.89%，这可能与向日葵自身的保护系统有关。较低浓度的As3+还不能刺激向日葵启动体内的保护系统，反而使叶绿素分子结构遭到破坏，且叶绿素的合成功能受到影响，导致其含量呈现降低趋势。但随着胁迫液中As3+浓度逐渐增大，当浓度达到了向日葵体内保护系统启动阈值时，就会触发向日葵的保护系统开始工作，大量解毒物质被诱导产生，以降低As3+的毒害作用，叶绿素合成系统的工作效率也得以恢复，因此叶绿素含量也开始呈上升趋势（图1）。

由图2、3可以看出，叶绿素a和叶绿素b含量也呈现先下降再上升的趋势。向日葵幼苗体内叶绿素a和叶绿素b的含量分别在As3+浓度为1.79mg/L和1.5mg/L时达到最低值，此后As3+浓度越高，叶绿素a和叶绿素b的含量也越高。当植物生长处于不利条件时，植物体生理生化特性会发生不同程度的改变，植物体内各物质的合成速度都会受到一定影响，最终直接或间接影响植物体内叶绿素含量。

2.3 不同浓度砷胁迫对向日葵根系活力的影响 根系是植物维持正常生命活动的重要保证，其合成与吸收能力的强弱直接反映了植物生命活动的强弱。由图4可以看出，当As3+胁迫浓度为1mg/L时，向日葵根系活力最大，显著高于对照，是对照的1.37倍，表明低浓度的As3+—定程度上可以增强根系活力;之后，随着As3+胁迫浓度的增大，向日葵根系活力则表现出下降趋势;As3+胁迫浓度超过20mg/L时，植株很快萎蔫并最终死亡，表明大剂量的砷胁迫对植物表现出强烈的毒性，严重影响植物的生长发育。

3 结论与讨论

植物光合作用可提供植物体维持生命活动所需的有机物质，而光合作用能力的大小又主要取决于植物体内光合色素的多少，因此可通过测定植物体内的叶绿素含量了解植物的生长发育情况。试验结果表明：在低浓度的砷胁迫下，向日葵体内的保护系统处于休眠状态，但叶绿素的分子结构遭到破坏，导致叶绿素合成系统紊乱，不能正常有序地工作，所以一开始向日葵叶片叶绿素含量出现逐渐降低的现象;随着砷胁迫浓度逐渐升高，当浓度达到了向日葵体内保护系统启动的临界值时，向日葵自身的保护系统就会从休眠状态被激活成活跃状态，这时大量的解毒物质被诱导产生，使叶绿素的合成系统恢复正常，叶绿素合成效率提高，从而使叶绿素含量呈上升趋势。在低浓度的含砷营养液中，向日葵根系活力随胁迫浓度增加呈上升趋势，表明低浓度的砷胁迫对向日葵根系的生长及生理活性具有激活效应。这与努扎艾提·艾比布等对香根草的研究结论一致[7]。但稍高浓度砷胁迫下，砷即表现出对向日葵的毒害作用，且毒性随着砷胁迫浓度的逐渐增大而不断增强，根系活力明显下降，根系表现受毒害严重并最终死亡。究其原因可能在于重金属胁迫下产生的自由基超过植物自身抗氧化系统酶的清除能力，过多的自由基会对根系代谢中的琥珀酸脱氢酶等造成伤害，从而使根系活力下降|7]。

由此可见，低浓度的砷胁迫使向日葵幼苗叶绿素含量降低，但能增强根系活力，一定程度上使植株生长旺盛;稍高浓度处理的根系活力呈下降趋势，植株则较快萎蔫死亡，表明类金属砷对植物毒害作用明显。

参考文献

[1] CHANEY R L. Plant uptake of inorganic waste constituents [C]//PARR J F. Land Treatment of Hazardous Wastes. Noyes Data Cor-poration ，Newjersey ： Park Ridge， 1983.50-76.

[2] 亢希然，范稚莲，莫良玉，等.超富集植物的研究进展[J].安徽农业科学，2007，35 （16）： 4895-4897.

[3] 聂惠，安玉麟，李素萍.向日葵对重金属胁迫反应及其植物修复的研究进展[J].黑龙江农业科学，2010（9）： 88-91.

[4] 郑洁敏，李红艳，牛天新，等.盆栽条件下3种植物对污染土壤中放射性铯的吸收试验[J].核农学报，2009，23（1）： 123-127.

[5]张志良，瞿伟菁，李小方.植物生理学实验指导（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2009.

[6] 郝再斌，苍晶，徐仲.植物生理实验技术[M].哈尔滨：哈尔滨丁业大学出版社，2004.

[7]努扎艾提·艾比布，刘云国，宋华晓，等.重金属Zn、Cu对香根草生理生化指标的影响及其积累特性研究[J].农业环境科学学报，2010，29（1）： 54-59. （责编：徐世红）

基金项目：地方高校国家级大学生创新创业训练计划项目（201810609020;201910609082）;2015广西高校优势特色专业建设项目——百色学院亚热带农业产业专业群[桂教高教〔2015〕41号]66。

作者简介：曾小飚（1971-），男，广西百色人，教授，研究方向：植物逆境生理。 收稿日期：2020-07-24